Стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород

 

1. СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий генератор СВЧ-энергии с передающим фидерным трактом и излучателем, радиогерметичную камеру с ультразвуковыми преобразователями, подключенными к ультразвуковому генератору и приспособление ударного действия, отличающийся тем, что, с целью расширения измеряемого режимного диапазона электротермомеханического разрушения и повьшения точности определения коэффициента передачи СВЧ-энергйи в горную породу за счет вариации плоскости поляризации электромагнитной волны относительно породы, приспособление ударного действия выполнено в виде пневмоударника, причем последний снабжен коаксиальным волноводом , который установлен внутри пневмоударника с возможностью вращения относительно его продольной оси и к излучателю подключен через внутренний проводник коаксиального волновоi да посредством двух взаимно перпендикулярных стержней, при этом излуча (Л тель выполнен цилиндрическим, а поршень-ударник пневмоударника - в виде С по крайней мере двух подвижных относительно друг друга коаксиальных цилиндров . сгз-оо со К) ел Фиг.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕ1 4ИХ

РЕСПУБЛИК %

° °

° °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

%) ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

I (21) 3555505/22-03 .(22) 22.02..82 (46) 30.04.84. Бюл. ¹. 16 (72) А.Н.Иоскалев, О.В.Явтушенко и В.К.Коробской (71) Институт геотехнической механики

АН УССР (53) 622.243.94(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 891919, кл. Е 21 С 37/18, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР № 901523, кл. Е 21 С 37/18, 1980. (54)(57) 1. СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОТЕРИОИЕХАНИЧЕСКОГО

РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий генератор СВЧ-энергии с передающим фидерным трактом и излучателем, радиогерметичную камеру с ультразвуковыми преобразователями, подключенными к ультразвуковому генератору и приспособление ударного действия, о т л и — . чающий с я тем, что, с целью

„.Я0„„1089257 А (д1) Е 21 С 37/18, Ь 01 М 19/00 расширения измеряемого режимного диапазона электротермомеханического разрушения и повышения точности определения коэффициента передачи СВЧ-энергии в горную породу за счет вариации плоскости поляризации электромагнитной волны относительно породы, приспособление ударного действия выполнено в виде пневмоударника, причем последний снабжен коаксиальным волноводом, который установлен внутри пневмоударника с воэможностью вращения относительно его продольной оси и к излучателю подключен через внутренний проводник коаксиального волновода посредством двух взаимно перпендикулярных стержней, при этом излучатель выполнен цилиндрическим, а поршень-ударник пневмоударника — в виде по крайней мере двух подвижных относительно друг друга коаксиальных цилиндров.

1089257

2. Стендпоп. 1, отличаюшийся тем, что, цилиндрический излучатель снабжен диэлектрической пластиной, которая размещена в радиальной плоскости цилиндрического излучателя.

3. Стенд по п. 1, отличаюшийся тем, что коакснальные циЦель изобретения — расширение изб меряемого режимного диапазона электротермомеханического разрушения и повышение точности определения коэффициента передачи СВЧ-энергии в горную породу за счет вариации плоскости

1О поляризации электромагнитной волны относительно породы.

Указанная цель достигается тем, что в стенде для исследования про15 цесса электротермомеханического разрушения горных пород, включающем генератор СВЧ-энергии с передающим фидерным трактом и излучателем, радио-. герметичную камеру с ультразвуковыми о преобразователями, подключенными к ультразвуковому генератору и приспособление ударного действия, приспособление ударного действия выполнено в виде пневмоударника, причем последний

25 снабжен коаксиальным волноводом, который установлен внутри пневмоударника с возможностью вращения относительно его продольной оси и к излучателю подключен через внутренний проводник

30 коаксиального волновода посредством двух взаимно перпендикулярных стержней, при этом излучатель выполнен цилиндрическим, а поршень-ударник пневмоударника — в виде по крайней мере двух подвижных относительно друг друЗ5 га коаксиальмйх цилиндров.

Кроме того, цилиндрический излучатель снабжен диэлектрической пластиной, которая размещена в радиальной плоскости цилиндрического излучателя.

Коаксиальные цилиндры поршня-ударника выполнены различной длины.

Изобретение относится к технике разрушения твердых сред электротермомеханическими органами, в частности к стендам для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород.

Известен стенд для исследования процесса электротермомеханического разрушения горных пород, включающий в себя электротермомеханич-ский породораэрушающий орган режуще о типа, СВЧ-генератор, фидерный тракт, излучатель, приводы для вращения и подачи бурового става и источник сжатого воздуха P1 ).

Недостатком известного стенда является то, что его конструкция не позволяет изучить совместный процесс воздействия на породу СВЧ-излучения и ударных нагрузок.

Наиболее близким к предлагаемому является стенд для исследования процесса электротермомеханического раз-. рушейия горных пород, включающий генератор СВЧ-энергии с передающим фидерным трактом и излучателем, радиогерметичную камеру с ультразвуковыми преобразователями, подключенными к ультразвуковому генератору и приспособление ударного действия P2 ), Недостатком указанного: стенда является то, что на нем затруднительно изучение влияния вариации (например, вращения) плоскости поляризации электромагнитного поля относительно породоразрушающего инструмента на эффективность ввода СВЧ-энергии в горную породу. Недостаточна точность процессов„исследования взаимосвязи режимов разрушения и доли компонентов электротермического и ударного линдры поршня-ударника выполнены различной длины.

4. Стенд по и. 1. о т л и ч а юшийся тем,. что длина стержней кратна нечетному числу четвертей длин волн в волново- де.

2 воздействия на общий процесс разрушения твердой среды.

1089257

При этом длина стержней кратна не-

/ четному числу четвертей длин волн в волноводе.

На фиг. 1 показана общая компоновка стенда; на фиг. 2 — пневмоударник, 5 продольный разр

Стенд включает генератор 1 СВЧэнергии, передающий фидерный тракт 2 с подключенной к нему радиоизмерительной аппаратурой 3, радиогерметичную камеру 4, в которой помещен объект 5 исследования (например, горная поро-. да). На блоке породы закреплены преобразователи 6, подключенные к ультразвуковым генераторам 7. К радиогер- 15 метичной камере 4 пссредством фланца 8 жестко закреплен электротермомеханический пневмоударник 9, внутри которого соосно размещен коаксиальный волновод 10, соединяющий передающий, фидерный тракт 2 с цилиндрическим излучателем 11. Излучатель 11 подключен к коаксиальному волноводу 10 посредством взаимно перпендикулярных стержней 12. Внутри цилиндрического излучателя размещена диэлектрическая плас" тина 13. Коаксиальный волновод совместно с излучателем размещены в .пневмоударнике 10 с возможностью вращения относительно его продольной оси. Пор-ЗО шень-ударник пневмоударника 10 выполнен иэ двух или большего числа скользящих один в другом коаксиальных цилиндров 14 и 15. Последние приводят в движение пневмоэнергией, подавае" мой через распределительный клапан 16,.

Работа стенда осуществляется следующим образом.

Электромагнитная волна ат генератора 1.СВЧ-энергии по передающему 4О фидерному тракту 2 поступает в коаксиальный волновод 10. В последнем распространяется плоская электромаг-. нитная волна типа ТЕМ. Для излучения

СВЧ-энергии на забой волну такого 45 типа необходимо преобразовать в плоскополяризованную волну типа Н„„ . Это достигается благодаря тому, что внут-, ! ренний проводник коаксиального волновода подключен к цилиндрическому из- 50 лучателю 11 двумя взаимно перпендикулярными стержнями 12. В цилиндрическом излучателе формируется плоскополяризованная волна Ни, причем вектор поляризации СВЧ-поля (Е) находит-SS ся в плоскости стержней 12. СВЧ-энергия, переносимая волной Н, в поперечном сечении цилиндрического излучателя распределяется по синусоиде.

Для более точного определения влияния направления плоскости поляризации на эффективность разрушения горных пород, излучаемый на забой поток

СВЧ-мощности должен быть как можно уже,. Это достигается благодаря тому, что в излучателе 11 íà его выходе в плоскости электрической составляющей поля (Е) плоскость поляризации, диаметрально размещена диэлектрическая пластина (например из ситалла).

Электромагнитное поле концентрируется диэлектриком и на забой излучается поток СВЧ-мощности в виде узкого, растянутого в плоскости вектора Е пучка. Длина стержней 12, трансформирующих колебания ТЕМ в тип Н„„ выполнены длиной кратной нечетному числу волн. Этим достигается наиболее высокое значение коэффициента передачи СВЧ-энергии в породу.

Для исследования влияния плоскос" ти поляризации электромагнитного поля на процесс разрушения горных пород коаксиальный волновод 10 и сов- местно с ним цилиндрический излучатель 11 ступенчато или непрерывно (в зависимости от исследуемого процесса) вращают относительно продольной осй (механизм вращения на чертеже не показан). Пневмоударник 9 при этом остается неподвижным. В резуль1 тате этого плоскость поляризации электромагнитного поля ступенчато

{линейная поляризация) или непрерывно (круговая поляризация) изменяется как относительно.породоразрушающего

4 инструмента, так и относительно текстурно-структурного строения горной породы. Таким образом, достигается возможность исследования влияния изменения (ступенчато или непрерывно)

/ плоскости поляризации электромагнитной волны на процесс электротермомеханического разрушения горных пород.

После облучения горкой породы (или одновременно) осуществляют механическое (ударное) нагружение. Для чего через распределительный клапан 16 в пневмоударник 9 подают сжатый воздух, вызывающий возвратно-поступательные движения цилиндров поршня-ударника 14 и 15. Изменяя режимы работы распреде-! лительного клапана 1б механическое нагружение горной породы осуществляют в виде единичных или непрерывных ударных импульсов. За счет того, что

1089257 (Риу.2

Составитель В.Захаров

Редактор Ю.Середа ТехредЖ.Кастелевич Корректор А Ференц

Заказ 2890/29 Тираж 564 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, -35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 поршень-ударник выполнен в виде двух (или нескольких), скользящих один относительно другого цилиндров 14 и 15 различной длины, при его рабочем ходе в соударение с рабочим инструментом в начальный момент вступает первый, наиболее длинный цилиндр 14, а спустя некоторое время, необходимое для преодоления разницы в длине, в соударения вступает второй цито линдр 15 и т. д. При этом происходит наложение импульсов от отдельных цилиндров и формируется общий ударный импульс, форма и длительность которого зависят от разницы в их длине. Та- 1 ким образом, изменяя количество и длину составляющих элементов поршняударника регулируют время соударения, длительность и форму ударного импульса.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит определить основные параметры (энер= гоемкость и производительность) электротермомеханического разрушения горных пород в зависимости от ориен" тации и режимов изменения (ступенчатого, непрерывного) плоскости поляризации электромагнитного поля при углах изменения ее от 0 до 360, кроме того, определить эффективность .электротермомеханического разрушения горных пород в зависимости от параметров ударного импульса (амплитуды, времени соударения, формы и длительности), 3

При этом изобретение позволит определить в зависимости от ориентации плоскости поляризации величины коэффициентов передачи СВЧ-энергии в горные породы и удельный поток плотности потока СВЧ-мощности.